锂空气电池因其媲美化石燃料的能量密度而备受关注,被认为最有可能实现电动汽车行驶里程和内燃机汽车相当的下一代能源系统。但是仍然有许多问题阻碍着锂空气电池的实用化,其中最突出的问题就是正极催化剂效率较低,导致充放电过程中较大的过电位。因此开展高效、经济的催化剂的研究愈加重要。为了解决以上问题,本文从微观结构的设计出发,对过渡金属氮化物、氧化物纳米颗粒的制备进行了研究,并重点探究了中空氮化钛微球在锂空气电池中的性能,具体研究内容如下:1)采用无皂乳液聚合法合成出单分散聚苯乙烯微球（PS）,通过使用浓硫酸对其表面进行亲水处理,之后以此为模板,以钛酸四丁酯为原料,采用溶胶凝胶法制备出PS@TiO₂核壳微球,最后将PS@TiO₂核壳微球在氨气气氛、900℃条件下煅烧3小时,得到中空氮化钛微球。2)首先制备出ZIF-7纳米颗粒,然后以此为模板,以水合硝酸铜为铜源、水合硝酸钴为钴源,制备出钴酸铜的前体,之后在空气中进行煅烧,制备出纳米钴酸铜颗粒。3)首先以蔗糖为原料,采用水热法制备碳球,然后以此为模板,以醋酸钴为钴源,在空气中进行煅烧,制备出中空四氧化三钴微球。4)将中空氮化钛微球作为正极催化剂应用于锂空气电池,静置活化后进行电化学测试,分析电池的容量、CV曲线、充放电平台等数据,电池测试结果表明,与块状实心氮化钛和科琴黑相比,中空结构的氮化钛具有更大的容量、更加出色的倍率能力以及更稳定的循环性能。